CN102875206A

CN102875206A - 去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法

Info

Publication number: CN102875206A
Application number: CN2012103877478A
Authority: CN
Inventors: 都韶婷; 金崇伟; 刘越
Original assignee: Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2012-10-14
Filing date: 2012-10-14
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-10-14
Also published as: CN102875206B

Abstract

本发明公开了一种去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法，将畜禽粪便经常规堆肥处理后所得的堆制肥依次进行以下步骤： 1）、第一阶段：调节堆制肥中的水分重量含量为50~60％，然后转移至封闭容器中在室温下堆置；2）、第二阶段：在第一阶段所得的堆肥中接种可降解类固醇雌激素的微生物菌剂，再加入秸秆均匀混合，得堆肥混合物；调节堆肥混合物含水量为40~50％，pH5.5~6，然后平铺于地面形成堆肥，堆置时间为14~40天；3）、第三阶段：将第二阶段所得的堆肥转移至封闭容器中进行发酵处理，控制发酵过程中封闭容器内的堆肥的温度为≥45℃，发酵处理时间为6~8天。

Description

去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法

技术领域

本发明涉及一种可去除畜禽粪便中类固醇雌激素的方法，能高效去除类固醇雌激素，极大地避免了畜禽粪便农用后引起的类固醇雌激素二次污染，并具操作简单、成本低廉的优势。

背景技术

在迄今公认的内分泌干扰物中，类固醇雌激素（Steroid estrogens）被认为具有最强的内分泌干扰性和生物活性，对人体健康的威胁十分直接，极低浓度就能导致不孕率和生殖系统疾病发病率的上升，如雄鱼雌化、婴儿性早熟等。调查显示，环境中有90％的雌激素总含量来自畜禽的排泄。随着集约化养殖业的发展以及畜禽养殖业中饲料生长性添加剂广泛使用，畜禽粪便类固醇雌激素污染日益加剧。当污染的畜禽粪便还田利用后，类固醇雌激素将部分吸附于土壤中，部分随径流进入水环境，不仅导致了农田土壤污染，也引起了水环境污染，最终影响人类的生活。因此，在畜禽粪便农用前，实现类固醇雌激素的高效去除对于人类健康而言极其重要。然而，目前常规的畜禽粪便堆肥法，并未将去除类固醇雌激素作为主要目的之一。因而，这些堆肥法产出的畜禽粪便肥仍含有较高浓度的类固醇雌激素，其去除率仅为20－40％左右。

发明内容

本发明要接近的技术问题是提供一种简单、低耗、高效去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法。

为了接近上述技术问题，本发明提供一种去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法，将畜禽粪便经常规堆肥处理后所得的堆制肥50kg依次进行以下步骤：

1）、第一阶段：

调节堆制肥中的水分重量含量为50~60％，然后转移至封闭容器中，在室温下堆置65~80小时；

备注说句：室温一般是指22~28℃；

2）、第二阶段：

在第一阶段所得的堆肥中接种可降解类固醇雌激素的微生物菌剂，再加入秸秆均匀混合，得堆肥混合物；

调节堆肥混合物含水量为40~50％，pH5.5~6，然后平铺于地面形成堆肥（厚度为7~10cm），并在平铺后的堆肥上方覆盖透明农膜，堆置时间为14~40天，在堆置过程中依靠翻堆以及覆盖或去除透明农膜来控制堆肥内的温度为≤40℃（最佳为30~40℃）；一般每1~4天翻堆1次；

3）、第三阶段：

将第二阶段所得的堆肥转移至封闭容器中进行发酵处理，控制发酵过程中封闭容器内的堆肥的温度为≥45℃，发酵处理时间为6~8天。

作为本发明的去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法的改进：

步骤2）所述的第二阶段中：可降解类固醇雌激素的微生物菌剂包括恶臭假单胞菌、白腐菌、粪产碱菌和枯草芽孢杆菌；

在第一阶段所得的堆肥中分别接种400~600mL的恶臭假单胞菌液（恶臭假单胞菌的细胞浓度≥5×10⁷ CFU/ml）、400~600mL的白腐菌液（白腐菌的细胞浓度≥1×10⁸ CFU/ml）、400~600mL的粪产碱菌液（粪产碱菌的细胞浓度≥5×10⁶ CFU/ml）、400~600mL的枯草芽孢杆菌液（枯草芽孢杆菌的细胞浓度≥5×10⁷ CFU/ml）；以及加入2.0~2.5 kg干燥（例如为自然晒干）的秸秆。

作为本发明的去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法的进一步改进：第二阶段的堆置时间为：

当环境温度为8~20℃时，堆置时间为29~40天；

当环境温度为20~30℃时，堆置时间为22~28天；

当环境温度为30~35℃时，堆置时间为14~21天。

备注说明：

1、本发明第二阶段的堆置时间视环境温度而定，环境温度是指日平均气温。当环境温度小于8℃时，由于效果较差，因此不建议堆置。

2、在任何环境温度下，必须保证使堆肥内的温度≤40℃（30~40℃为最佳温度）。如果温度超过40℃，则必须采取方法以降低堆肥内温度，例如采取翻堆、去除透明农膜、甚至转移至较凉快的位置。如果温度不到30℃，则加盖透明农膜依靠其自身发酵所产生的温度来实现。

3、环境温度较低时，尽量将堆肥平铺于能接收到太阳的地面（注：若遇到雨天，则应将堆肥移至室内）。

作为本发明的去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法的进一步改进：步骤1）和步骤3）中用到的封闭容器为农膜密封袋。

作为本发明的去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法的进一步改进：步骤2）中用浓度为0.8~1.2 mol L^-1的盐酸溶液调节pH至5.5~6。

备注说明：本发明中不能使用硫酸溶液进行pH值的调节，原因是硫酸会与激素形成结合态，导致降解较为困难。

本发明以常规堆肥法产出的堆制肥（如养殖场或农户自行的堆肥产物）为基础，研发的简单、低成本、高效的去除畜禽粪便堆制肥中的类固醇雌激素的方法。采用该方法进一步处理畜禽粪便堆制肥后，可实现生物活性强的类固醇雌激素雌酮E1、雌二醇E2、雌三醇E3、乙炔雌二醇EE2去除率达95%以上。

本发明具有如下有益效果：

1）、厌氧／好氧／厌氧的循环模式大大提高了雌激素的生物降解，第一阶段厌氧过程促进了吸附有机质上的类固醇雌激素的释放，从而大幅提高了第二阶段好氧过程的生物降解效率。第三阶段的厌氧过程又能进一步促进雌激素的解吸并发挥了部分厌氧生物降解作用。与单一好氧模式相比，厌氧／好氧／厌氧的循环模式中类固醇雌激素的降解率可提高30－40％。

2）、在好氧过程中，接种了多种针对性的微生物菌种。与对照不接种菌种相比，接种组的降解效率提高30－40％。

3）、方法中涉及的含水量、pH、温度均为优化条件，能有效促进多种雌激素的降解。

4）、在第二阶段（好氧阶段）中选用透明农膜覆盖，既能发挥一定的保温作用，又能使外层堆肥接收到大部分太阳光，发挥一定的光降解作用。

具体实施方式

实施例1、一种去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法，将畜禽粪便经常规堆肥处理后所得的堆制肥（以下简称堆制肥）50 kg进行以下步骤：

1）、第一阶段：

取市售农膜（规格不限，使用时不破损即可），制成长约1.2米、宽约0.7米的袋子作为农膜密封袋。

调节堆制肥中的水分含量为55％（重量含量），然后转移至农膜密封袋中，压实，将农膜密封袋的袋口扎紧，从而确保堆制肥处于厌氧状态；在室温下（22-28℃）堆置3天（即72小时）。

2）、第二阶段：

恶臭假单胞菌、白腐菌、粪产碱菌和枯草芽孢杆菌这四种微生物均为常规菌种，例如可购自中国普通微生物菌种保藏管理中心等菌种库。

恶臭假单胞菌的保藏号为CGMCC 1.1130，

白腐菌的保藏号为CGMCC 5.776，

粪产碱菌的保藏号为CGMCC 1.924，

枯草芽孢杆菌的保藏号为CGMCC 1.1468。

将购买到的上述菌种分别于牛肉膏蛋白胨培养基（牛肉膏5g、蛋白胨10 g、氯化钠 5g 、葡萄糖 5g，蒸馏水定容至1L，调节pH 7.0，121℃灭菌 20min）活化摇菌一周（活化摇菌的工艺条件为将接种后的菌种瓶放置于振荡箱内摇菌，速度为150~200 转／分，温度为30℃）；作为接种入堆肥的可降解类固醇雌激素的微生物菌剂。

经检测：恶臭假单胞菌的细胞浓度达5×10⁷ CFU/ml 以上；白腐菌的细胞浓度为1×10⁸ CFU/ml以上、粪产碱菌的细胞浓度为5×10⁶CFU/ml以上、枯草芽孢杆菌的细胞浓度为5×10⁷ CFU/ml以上。

从农膜密封袋中取出第一阶段所得的堆肥，在该第一阶段所得的堆肥中接种500mL的恶臭假单胞菌液、500mL的白腐菌液、500mL的粪产碱菌液、500mL的枯草芽孢杆菌液；再加入2.5 kg的秸秆（为自然晒干后的秸秆），均匀混合，得堆肥混合物；

调节堆肥混合物含水量为45％（重量含量），用浓度为1 mol L^-1的盐酸溶液调节pH5.8，然后平铺于地面（厚度为7~10 cm）形成堆肥，并在平铺后的堆肥上方覆盖透明农膜。

此时，处于初夏，日平均气温约为20~25℃，因此设定堆置时间为25天（约3周半），每周翻堆2~3次，白天气温较高时可去除覆盖的透明农膜，夜晚气温较低时加盖透明农膜保温；从而实现控制堆肥内的温度为30~40℃。

3）、第三阶段：

将第二阶段所得的堆肥再转移至农膜密封袋（同步骤1）所用）中进行发酵处理，内插一支温度计，将农膜密封袋的上端扎紧，定期观察温度，保持发酵过程中堆肥内部温度为≥45℃，放置1周（即，发酵处理时间为1周）后即可。

备注说明：若发酵过程中堆肥内部温度有所下降，则可移至室内的较高温度处，或在农膜密封袋外覆盖一些保温材料。

经LC-MS(参考Nieto等，Journal of Chromatography A, 2008)法检测，堆制肥的原始数据和处理后所得物的各项数据的对比如下表1；

表1

对比例1-1、相对于实施例1作如下改动：

取消步骤1），将畜禽粪便经常规堆肥处理后所得的堆制肥（简称堆制肥）直接进行第二阶段的处理。

即，在步骤2）中以“堆制肥”替代“第一阶段所得的堆肥”。其余内容同实施例1的步骤2）。

取消步骤3）。

经LC-MS法检测，堆制肥的原始数据和处理后所得物的各项数据的对比如下表2；

表2

对比例1-2、相对于实施例1作如下改动：

取消步骤1），将堆制肥直接进行第二阶段的处理。

步骤3）同实施例1。

经LC-MS法检测，堆制肥的原始数据和处理后所得物的各项数据的对比如下表3；

表3

对比例1-3、相对于实施例1作如下改动：

取消步骤3）。

经LC-MS法检测，堆制肥的原始数据和处理后所得物的各项数据的对比如下表4；

表4

对比例1-4、将步骤2）中的含水量由45％改成60%，将pH由5.8改成6.5，其余同实施例1。

对比例1-5、将步骤2）中的控制堆肥内的温度由30~40℃改成20~28℃，其余同实施例1。

对比例1-6、将步骤2）中的控制堆肥内的温度由30~40℃改成45~55℃，其余同实施例1。

对比例1-7、将步骤2）中的平铺地面厚度由7~10 cm改成15~20 cm，其余同实施例1。

对比例1-8、将步骤2）中的接种4个菌种改为不接种，其余同实施例1。

对比例1-9、将步骤2）用盐酸调节pH改成用相同摩尔浓度的硫酸调节pH，其余同实施例1。

对比例1-10、取消实施例1中“50 g的秸秆”的使用，其余同实施例1。

经LC-MS法检测，堆制肥的原始数据和上述处理后所得物的各项数据的对比如下表5；

表5

实施例2、

在第一阶段，调节堆制肥中的水分含量为50％（重量含量），在28℃下堆置80小时。其余同实施例1。

经LC-MS法检测，堆制肥的原始数据和处理后所得物的各项数据的对比如下表7；

表7

	堆制肥（原始）	经本发明处理后的堆制肥
			雌酮E1（μg kg^-1）	129.12	5.91
雌二醇E2（μg kg^-1）	56.01	0.23
			雌三醇E3（μg kg^-1）	45.11	1.02
乙炔雌二醇EE2（μg kg^-1）	87.19	0.81

实施例3、

将实施例1的步骤2）改成以下内容，其余同实施例1。

调节堆肥混合物含水量为50％（重量含量），用浓度为1 mol L^-1的盐酸溶液调节pH6，然后平铺于地面（厚度为7~10 cm），并在平铺后的堆肥上方覆盖透明农膜。

此时，处于盛夏，日平均气温约为30~35℃，因此设定堆置时间为17天（约2周半），每周翻堆4~5次，白天气温较高是可去除覆盖的透明农膜，夜晚气温较低时加盖透明农膜保温；从而实现控制堆肥内的温度为30~40℃。

经LC-MS法检测，堆制肥的原始数据和处理后所得物的各项数据的对比如下表8；

表8

	堆制肥（原始）	经本发明处理后的堆制肥
			雌酮E1（μg kg^-1）	12.15	0.60
雌二醇E2（μg kg^-1）	5.31	0.19
			雌三醇E3（μg kg^-1）	3.74	0.15
乙炔雌二醇EE2（μg kg^-1）	7.39	0.52

实施例4、

将实施例1的步骤2）改成以下内容，其余同实施例1。

调节堆肥混合物含水量为40％（重量含量），用浓度为1 mol L^-1的盐酸溶液调节pH5.5，然后平铺于地面（厚度为7~10 cm），并在平铺后的堆肥上方覆盖透明农膜。尽量将堆肥平铺于能接收到太阳的地面（注：若遇到雨天，则应将堆肥移至室内）。

此时，处于春季，日平均气温约为10~15℃，因此设置堆置时间为35天（约5周），每周翻堆2~3次，白天气温较高是可去除覆盖的透明农膜，夜晚气温较低时加盖透明农膜保温；从而实现控制堆肥内的温度为30~40℃。

经LC-MS法检测，畜禽粪便经常规堆肥处理后所得的堆制肥的原始数据和处理后的各项数据的对比如下表9；

表9

	堆制肥（原始）	经本发明处理后的堆制肥
			雌酮E1（μg kg^-1）	54.66	2.72
雌二醇E2（μg kg^-1）	34.78	0.67
			雌三醇E3（μg kg^-1）	29.19	1.09
乙炔雌二醇EE2（μg kg^-1）	30.71	1.00

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法，其特征是：将畜禽粪便经常规堆肥处理后所得的堆制肥50kg依次进行以下步骤：

1）、第一阶段：

2）、第二阶段：

调节堆肥混合物含水量为40~50％，pH5.5~6，然后平铺于地面形成堆肥，并在平铺后的堆肥上方覆盖透明农膜，堆置时间为14~40天，在堆置过程中依靠翻堆以及覆盖或去除透明农膜来控制堆肥内的温度为≤40℃；

3）、第三阶段：

2.根据权利要求1所述的去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法，其特征是：

在第一阶段所得的堆肥中分别接种400~600mL的恶臭假单胞菌液、400~600mL的白腐菌液、400~600mL的粪产碱菌液、400~600mL的枯草芽孢杆菌液；以及加入2.0~2.5 kg干燥的秸秆。

3.根据权利要求2所述的去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法，其特征是：

所述第二阶段的堆置时间为：

当环境温度为8~20℃时，堆置时间为29~40天；

当环境温度为20~30℃时，堆置时间为22~28天；

当环境温度为30~35℃时，堆置时间为14~21天。

4.根据权利要求2或3所述的去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法，其特征是：

所述步骤1）和步骤3）中用到的封闭容器为农膜密封袋。

5.根据权利要求4所述的去除畜禽粪便堆制肥中类固醇雌激素的方法，其特征是：所述步骤2）中用浓度为0.8~1.2 mol L^-1的盐酸溶液调节pH至5.5~6。